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沼气是一种高品位清洁能源,在能源日益缺乏的今天备受关注,但其中的H2S会影响其广泛利用。目前国内常用干法脱硫去除H2S,但其成本高,操作繁琐,有二次污染。生物法能高效去除H2S且对环境友好,可大力推广。工程上沼气生物脱硫的推广应用需要高效低耗、操作安全的工艺,故本文从工艺优化、菌种筛选、中试运行出发,考察工艺参数对脱硫效率的影响,优化工艺参数,筛选具有高效脱硫性能的菌种,重点研发分层式沼气化学生物联合脱硫装置,以期为清洁沼气利用提供技术支撑。主要结论如下：1)探究了分层式沼气化学生物联合脱硫工艺的运行性能和控制条件。①快速启动了生物脱硫池。启动阶段生物脱硫池硫化物平均去除率为87.44%；稳定运行阶段保持进水硫化物浓度为490±5 mg/L,曝气量为40～50 L/min,HRT为3 h的条件下,硫化物去除效率稳定在99%以上,容积去除速率达到4.24 kg Sm-3d-1。②探明了吸收液碱浓度和吸收液喷淋量对化学吸收塔吸收H2S影响效果。吸收液喷淋量的影响显著于吸收液碱浓度的影响效果,化学吸收塔进气H2S浓度为1500ppm,吸收液浓度为2.00 g/L,吸收液喷淋量为27.8L/h时,化学吸收塔的吸收效率为94.74%；吸收液喷淋量超过60.0L/h时,吸收效率达到98%以上；在吸收液喷淋量为83.4L/h时,吸收效率超过99%。③确定了分层式化学生物联合工艺的运行参数。具体参数为填料拉西环,吸收液循环量为8.33L/h,吸收液碱浓度为5.5g/L,脱硫效率达95%,处理后化学吸收塔出气H2S的浓度为12 ppm,低于20 mg/m3的浓度要求限值,工艺能够满足实际处理要求。2)探明了分层式沼气化学生物联合脱硫工艺生物脱硫池中的菌群变化情况和纯菌的生理生化特性。①探明了脱硫污泥中经富集培养后的优势菌群。经过含硫化物无机培养基驯化后,硫杆菌(Thiobacillus)的相对丰度由接种污泥的0.038%提升到负荷提升阶段污泥的55.07%,高效污泥中达到75.04%,是脱硫污泥中的优势菌属。②分离了氧化硫化物功能菌。从稳定运行的生物脱硫池反应器的活性污泥中,分离获得了两个菌株(菌株C和菌株D),经形态学观察和16S rRNA序列比对,菌株C和D分别可归入假单胞菌属和农杆菌属,菌株C与Pseudomonas xiamenensis最为接近,相似度达到99%,菌株D和Agrobacterium sp.最为接近,相似度大98%。菌株C可以利用的碳源多样性优于菌株D。③考察了pH和温度分别对生物脱硫池中的富集培养物与菌株C的硫氧化活性影响情况。生物脱硫池反应器中的污泥混培物与纯菌菌株C的硫氧化活性都受到pH和温度的显著影响,混培物的最佳pH为9.18,最佳温度为26.5℃；菌株C在pH为8.84时,活性最高达到73.06 mgS·L-1·h-1,但明显低于混培物的最大硫化物氧化速率116.18 mgS·L-1·h-1;在温度为29.8℃时,菌株C的硫化物氧化速率最大,为98.33mgS·L-1·h-1。3)设计并运行了分层式沼气化学生物联合脱硫中试装置。①快速启动了中试装置。沼气从10 m3/h增加至45m3/h的过程中,硫化氢去除率在100h-120h时有所下降,但硫氧化菌的快速生长使去除效率快速回升至90%以上。②稳定运行了中试装置。进气硫化氢含量为1508ppm,平均进气量为30m3/h(约720m3/d)时,反应器相对稳定运行,约70%硫化氢转化为单质硫。③明确了沼气生物脱硫工艺的经济成本优势。中试装置脱硫成本为0.07元·m-3和4.4元·(kg-S)-1,相比于传统的干法脱硫可节约脱硫成本七成左右。